src/edu/berkeley/qfat/Main.java

   1 package edu.berkeley.qfat;
   2 import java.awt.*;
   3 import java.awt.event.*;
   4 import javax.swing.*;
   5 import javax.media.opengl.*;
   6 import javax.media.opengl.glu.*;
   7 import java.util.*;
   8
   9 // FIXME: recenter goal to have centroid coincident with tile
  10 // FIXME: re-orient goal (how?)
  11 //        fish case: ensure that spinal axis of fish is the x-axis of the tile
  12
  13 public class Main implements GLEventListener, MouseListener, MouseMotionListener, KeyListener, MouseWheelListener {
  14
  15     boolean alt = false;
  16     boolean shift = false;
  17     boolean control = false;
  18
  19     public void mouseWheelMoved(MouseWheelEvent e) {
  20         tz -= e.getWheelRotation() ;
  21     }
  22
  23     public void keyTyped(KeyEvent e)  { }
  24     public void keyPressed(KeyEvent e)  {
  25         switch(e.getKeyCode()) {
  26             case KeyEvent.VK_CONTROL: control = true; break;
  27             case KeyEvent.VK_ALT: alt = true; break;
  28             case KeyEvent.VK_SHIFT: shift = true; break;
  29         }
  30     }
  31     public void keyReleased(KeyEvent e) {
  32         switch(e.getKeyCode()) {
  33             case KeyEvent.VK_CONTROL: control = false; break;
  34             case KeyEvent.VK_ALT: alt = false; break;
  35             case KeyEvent.VK_SHIFT: shift = false; break;
  36         }
  37     }
  38
  39     public void mouseClicked(MouseEvent e) { }
  40     public void mouseEntered(MouseEvent e) { }
  41     public void mouseExited(MouseEvent e) { }
  42     public void mousePressed(MouseEvent e) { }
  43     public void mouseReleased(MouseEvent e) { }
  44
  45     int mousex;
  46     int mousey;
  47     public void mouseMoved(MouseEvent e) {
  48         mousex = e.getX();
  49         mousey = e.getY();
  50     }
  51
  52     float tx = 0;
  53     float ty = 0;
  54     float tz = 0;
  55     float anglex = 0;
  56     float angley = 0;
  57     public void mouseDragged(MouseEvent e) {
  58         if (shift) {
  59             tx += (mousex - e.getX())/(float)20;
  60             ty += (mousey - e.getY())/(float)20;
  61         } else {
  62             anglex -= mousex - e.getX();
  63             angley += mousey - e.getY();
  64         }
  65         mousex = e.getX();
  66         mousey = e.getY();
  67     }
  68
  69     private Geom tile = new Geom();
  70     private Geom goal = new Geom();
  71
  72     /** magnification factor */
  73     private static final float MAG = 1;
  74
  75     Geom.M[] translations;
  76     Geom.V[] points;
  77
  78     public Main(StlFile stlf) {
  79
  80         for(int i=0; i<stlf.coordArray.length; i+=3) {
  81             Geom.V p0 = goal.register(new Geom.P(stlf.coordArray[i+0].x * MAG, stlf.coordArray[i+0].y * MAG, stlf.coordArray[i+0].z * MAG));
  82             Geom.V p1 = goal.register(new Geom.P(stlf.coordArray[i+1].x * MAG, stlf.coordArray[i+1].y * MAG, stlf.coordArray[i+1].z * MAG));
  83             Geom.V p2 = goal.register(new Geom.P(stlf.coordArray[i+2].x * MAG, stlf.coordArray[i+2].y * MAG, stlf.coordArray[i+2].z * MAG));
  84             Geom.Vec n  = new Geom.Vec(stlf.normArray[i/3].x * MAG, stlf.normArray[i/3].y  * MAG, stlf.normArray[i/3].z * MAG);
  85             Geom.T t  = goal.newT(p0, p1, p2, n);
  86         }
  87
  88         // rotate to align major axis -- this probably needs to be done by a human.
  89         goal.transform(new Geom.M(new Geom.Vec(0, 0, 1), (float)(Math.PI/2)));
  90
  91
  92         float goal_width  = goal.diagonal().dot(new Geom.Vec(1, 0, 0));
  93         float goal_height = goal.diagonal().dot(new Geom.Vec(0, 1, 0));
  94         float goal_depth  = goal.diagonal().dot(new Geom.Vec(0, 0, 1));
  95
  96         float width  = (float)0.6;
  97         float height = (float)0.08;
  98         float depth  = (float)0.3;
  99         translations = new Geom.M[] {
 100
 101             new Geom.M(new Geom.Vec(-(width/2),  height,    0)),
 102             new Geom.M(new Geom.Vec( (width/2),  height,    0)),
 103             new Geom.M(new Geom.Vec(-(width/2), -height,    0)),
 104             new Geom.M(new Geom.Vec( (width/2), -height,    0)),
 105             new Geom.M(new Geom.Vec(-(width/2),       0,  depth)),
 106             new Geom.M(new Geom.Vec( (width/2),       0,  depth)),
 107             new Geom.M(new Geom.Vec(-(width/2),       0, -depth)),
 108             new Geom.M(new Geom.Vec( (width/2),       0, -depth)),
 109
 110             new Geom.M(new Geom.Vec( width,           0,    0)),
 111             new Geom.M(new Geom.Vec(-width,           0,    0)),
 112             /*
 113             new Geom.M(new Geom.Vec(     0,           0,    depth)),
 114             new Geom.M(new Geom.Vec(     0,           0,   -depth)),
 115             */
 116         };
 117
 118
 119         Geom.V ltf = tile.register(new Geom.P(-(width/2),  (height/2),  (depth/2)));
 120         Geom.V mtf = tile.register(new Geom.P( 0.0,        (height/2),  (depth/2)));
 121         Geom.V rtf = tile.register(new Geom.P( (width/2),  (height/2),  (depth/2)));
 122         Geom.V ltn = tile.register(new Geom.P(-(width/2),  (height/2), -(depth/2)));
 123         Geom.V mtn = tile.register(new Geom.P( 0.0,        (height/2), -(depth/2)));
 124         Geom.V rtn = tile.register(new Geom.P( (width/2),  (height/2), -(depth/2)));
 125         Geom.V lbf = tile.register(new Geom.P(-(width/2), -(height/2),  (depth/2)));
 126         Geom.V mbf = tile.register(new Geom.P( 0.0,       -(height/2),  (depth/2)));
 127         Geom.V rbf = tile.register(new Geom.P( (width/2), -(height/2),  (depth/2)));
 128         Geom.V lbn = tile.register(new Geom.P(-(width/2), -(height/2), -(depth/2)));
 129         Geom.V mbn = tile.register(new Geom.P( 0.0,       -(height/2), -(depth/2)));
 130         Geom.V rbn = tile.register(new Geom.P( (width/2), -(height/2), -(depth/2)));
 131
 132         points = new Geom.V[] {
 133             ltf,
 134             mtf,
 135             rtf,
 136             ltn,
 137             mtn,
 138             rtn,
 139             lbf,
 140             mbf,
 141             rbf,
 142             lbn,
 143             mbn,
 144             rbn
 145         };
 146
 147
 148         // top
 149         tile.newT(ltf, mtf, mtn);
 150         tile.newT(mtn, ltn, ltf);
 151         tile.newT(mtf, rtf, rtn);
 152         tile.newT(rtn, mtn, mtf);
 153
 154         // bottom (swap normals)
 155         tile.newT(mbf, lbf, mbn);
 156         tile.newT(lbn, mbn, lbf);
 157         tile.newT(rbf, mbf, rbn);
 158         tile.newT(mbn, rbn, mbf);
 159
 160         // left
 161         tile.newT(ltf, ltn, lbn);
 162         tile.newT(lbn, lbf, ltf);
 163
 164         // right (swap normals)
 165         tile.newT(rtn, rtf, rbn);
 166         tile.newT(rbf, rbn, rtf);
 167
 168         // front
 169         tile.newT(ltn, mtn, mbn);
 170         tile.newT(ltn, mbn, lbn);
 171         tile.newT(mtn, rtn, rbn);
 172         tile.newT(mtn, rbn, mbn);
 173
 174         // back
 175         tile.newT(mtf, ltf, mbf);
 176         tile.newT(mbf, ltf, lbf);
 177         tile.newT(rtf, mtf, rbf);
 178         tile.newT(rbf, mtf, mbf);
 179
 180         for(Geom.M m : translations) {
 181             for(Geom.T t1 : tile) {
 182                 for(Geom.T t2 : tile) {
 183                     if (t1==t2) continue;
 184
 185                     if ((t1.p1().p.times(m).minus(t2.p1().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 186                         (t1.p2().p.times(m).minus(t2.p3().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 187                         (t1.p3().p.times(m).minus(t2.p2().p).mag() < Geom.EPSILON)) {
 188                         t1.e1().bind(t2.e3().pair);
 189                         t1.e2().bind(t2.e2().pair);
 190                         t1.e3().bind(t2.e1().pair);
 191                     }
 192                     if ((t1.p2().p.times(m).minus(t2.p1().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 193                         (t1.p3().p.times(m).minus(t2.p3().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 194                         (t1.p1().p.times(m).minus(t2.p2().p).mag() < Geom.EPSILON)) {
 195                         t1.e2().bind(t2.e3().pair);
 196                         t1.e3().bind(t2.e2().pair);
 197                         t1.e1().bind(t2.e1().pair);
 198                     }
 199                     if ((t1.p3().p.times(m).minus(t2.p1().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 200                         (t1.p1().p.times(m).minus(t2.p3().p).mag() < Geom.EPSILON) &&
 201                         (t1.p2().p.times(m).minus(t2.p2().p).mag() < Geom.EPSILON)) {
 202                         t1.e3().bind(t2.e3().pair);
 203                         t1.e1().bind(t2.e2().pair);
 204                         t1.e2().bind(t2.e1().pair);
 205                     }
 206                 }
 207             }
 208         }
 209
 210         //xGeom.V mid = lbf.getE(mbn).shatter();
 211
 212         // rescale to match volume
 213         float factor = (float)Math.pow(tile.volume() / goal.volume(), 1.0/3.0);
 214         goal.transform(new Geom.M(factor));
 215
 216         // translate to match centroid
 217         goal.transform(new Geom.M(tile.centroid().minus(goal.centroid())));
 218
 219         //tx.e2.shatter();
 220         //tx.e3.shatter();
 221
 222
 223         tile.bind();
 224
 225         //mid.move(new Geom.Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 226         //ltn.move(new Geom.Vec((float)0,0,(float)-0.05));
 227
 228         //mtf.move(new Geom.Vec(0, (float)-0.05, (float)0.05));
 229
 230
 231         System.out.println("tile volume: " + tile.volume());
 232         System.out.println("goal volume: " + goal.volume());
 233
 234         tile.score_against = goal;
 235         goal.score_against = tile;
 236     }
 237         Random random = new Random();
 238
 239     public synchronized void breakit() {
 240         if (verts > 300) return;
 241         //double min = (tile.avgedge/tile.numedges)*(1+(4/(double)verts));
 242         //if (verts>0 && tile.es.peek().length() < min) return;
 243         PriorityQueue<Geom.E> es = new PriorityQueue<Geom.E>();
 244         for(Geom.E e : tile.es) es.add(e);
 245         for(int i=0; i<10; i++) {
 246             Geom.E e = es.poll();
 247             verts++;
 248             System.out.println("shatter " + e);
 249             e.shatter();
 250             tile.unbind();
 251             tile.bind();
 252         }
 253     }
 254
 255     public synchronized void rand(double temperature, Geom.V p) {
 256         double tile_score = tile.score();
 257         double goal_score = goal.score();
 258
 259         p.rescore();
 260         //if (p.watch==null) return;
 261         float r1 = Math.abs(random.nextFloat());
 262         r1 = r1 - (float)Math.floor(r1);
 263         r1 = r1 * (float)0.01;
 264         r1 = r1 - (float)0.005;
 265         Geom.Vec v = p.watchback().p.minus(p.p).norm().times(r1);
 266
 267         //v = p.norm().times(v.dot(p.norm()));
 268
 269         boolean aspect = false;//(Math.abs(random.nextInt()) % 100) <= 2;
 270         Geom.M old_tile_aspect = null;//goal.aspect;
 271         boolean good = true;
 272         if (aspect) {
 273             /*
 274             v = v.times(10);
 275             tile.aspect = new Geom.M(tile.aspect.a / (v.x+1), tile.aspect.f / (v.y+1), tile.aspect.k / (v.z+1));
 276             tile.invaspect = new Geom.M(1/tile.aspect.a, 1/tile.aspect.f, 1/tile.aspect.k);
 277             goal.rescore();
 278             tile.rescore();
 279             */
 280         } else {
 281             good = p.move(v);
 282         }
 283         double new_tile_score = tile.score();
 284         double new_goal_score = goal.score();
 285         double tile_delta = new_tile_score - tile_score;
 286         double goal_delta = new_goal_score - goal_score;
 287         double delta = tile_delta + goal_delta;
 288         double swapProbability = Math.exp((-1 * delta) / temperature);
 289         //boolean doSwap = Math.random() < swapProbability;
 290         boolean doSwap = good && (tile_delta <= 0 && goal_delta <= 0);
 291         if (doSwap) {
 292             tile_score = new_tile_score;
 293             goal_score = new_goal_score;
 294             //System.out.println("score: " + tile_score + " / " + goal_score);
 295             if (aspect) System.out.println("aspect " + v);
 296         } else {
 297             if (aspect) {
 298                 //tile.aspect = old_tile_aspect;
 299                 //tile.invaspect = new Geom.M(1/tile.aspect.a, 1/tile.aspect.f, 1/tile.aspect.k);
 300                 goal.rescore();
 301                 tile.rescore();
 302             } else {
 303                 p.move(v.times(-1));
 304             }
 305         }
 306     }
 307
 308     /**
 309      * Take care of initialization here.
 310      */
 311     public void init(GLAutoDrawable gld) {
 312         GL gl = gld.getGL();
 313         gl.glClearColor(0.0f, 0.0f, 0.0f, 1.0f);
 314         gl.glViewport(0, 0, 500, 300);
 315         gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 316         gl.glClearDepth(1.0);
 317         gl.glDepthFunc(GL.GL_LEQUAL);
 318         gl.glMatrixMode(GL.GL_PROJECTION);
 319         gl.glLoadIdentity();
 320         gl.glMatrixMode(GL.GL_MODELVIEW);
 321         display(gld);
 322     }
 323
 324     public void reshape(GLAutoDrawable drawable, int x, int y, int width, int height) { }
 325     public void displayChanged(GLAutoDrawable drawable, boolean modeChanged, boolean deviceChanged) { }
 326     public synchronized void display(GLAutoDrawable drawable) {
 327         GL gl = drawable.getGL();
 328         GLU glu = new GLU();
 329         gl.glClear(GL.GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL.GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
 330         gl.glPointSize(5.0f);
 331         gl.glLoadIdentity();
 332         glu.gluPerspective(50-tz, ((float)drawable.getWidth())/drawable.getHeight(), 0.5, 10);
 333         glu.gluLookAt(0, 0, -1, 0, 0, 0, 0, 1, 0);
 334         gl.glTranslatef(tx/(float)20, ty/(float)20, 0);
 335         gl.glRotatef(anglex/3, 0, 1, 0);
 336         gl.glRotatef(angley/3, 1, 0, 0);
 337
 338         gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 339         draw(gl, true, tile);
 340         gl.glEnd();
 341
 342         gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 343         gl.glColor4f((float)0.5, (float)0.5, (float)0.5, (float)0.8);
 344         //draw(gl, false, goal);
 345         gl.glEnd();
 346
 347
 348         int i = 0;
 349         //gl.glDisable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 350         gl.glColor4f(1,1,1,1);
 351         for(Geom.M m : translations) {
 352             //if (v1.z==0 && v1.y==0) continue;
 353             i++;
 354             if (i != 1 /*&& i!=4*/) continue;
 355             Geom.P p = new Geom.P(0, 0, 0).times(m);
 356             Geom.Vec v = new Geom.Vec(p.x, p.y, p.z);
 357             v = v.times((float)1.04);
 358             gl.glTranslatef(v.x, v.y, v.z);
 359             draw(gl, false, tile);
 360             gl.glTranslatef(-v.x, -v.y, -v.z);
 361         }
 362         //gl.glEnable(GL.GL_DEPTH_TEST);
 363     }
 364
 365     private synchronized void draw(GL gl, boolean triangles, Geom mesh) {
 366         float red = 0.0f;
 367         float green = 0.0f;
 368         float blue = 0.0f;
 369         for(Geom.T t : mesh) {
 370             if (red < 0.15) red = 1.0f;
 371             if (green < 0.15) green = 1.0f;
 372             if (blue < 0.15) blue = 1.0f;
 373             red -= .09f;
 374             green -= .12f;
 375             blue -= .15f;
 376
 377             if (triangles) switch(t.color) {
 378                 case 0: gl.glColor4f((float)0.25, (float)0.25, (float)0.75, (float)0.3); break;
 379                 case 1: gl.glColor4f((float)0.25, (float)0.75, (float)0.25, (float)0.3); break;
 380                 case 2: gl.glColor4f((float)0.75, (float)0.25, (float)0.25, (float)0.3); break;
 381                 case 3: gl.glColor4f((float)0.50, (float)0.50, (float)0.50, (float)0.3); break;
 382             }
 383             //gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 384
 385             if (triangles) {
 386                 gl.glBegin(GL.GL_TRIANGLES);
 387                 t.glVertices(gl);
 388                 gl.glEnd();
 389             } else {
 390                 gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 391                 t.e1().p1.p.glVertex(gl);
 392                 t.e1().p2.p.glVertex(gl);
 393                 t.e2().p1.p.glVertex(gl);
 394                 t.e2().p2.p.glVertex(gl);
 395                 t.e3().p1.p.glVertex(gl);
 396                 t.e3().p2.p.glVertex(gl);
 397                 gl.glEnd();
 398             }
 399
 400             Geom.P centroid = t.centroid();
 401             gl.glBegin(GL.GL_LINES);
 402             gl.glColor3f(1, 1, 1);
 403             /*
 404             centroid.glVertex(gl);
 405             centroid.plus(t.norm().times(t.diameter())).glVertex(gl);
 406             */
 407
 408             if (mesh==goal)
 409                 for(Geom.V p : new Geom.V[] { t.p1(), t.p2(), t.p3() }) {
 410                     p.p.glVertex(gl);
 411                     //p.plus(p.norm().times(p.score()*10)).glVertex(gl);
 412                     p.partner().p.glVertex(gl);
 413                     //tile.nearest(p).centroid().glVertex(gl);
 414                 }
 415
 416             gl.glEnd();
 417
 418         }
 419     }
 420
 421     public static void main(String[] s) throws Exception {
 422         StlFile stlf = new StlFile();
 423         stlf.load("simplefish.stl");
 424         Main main = new Main(stlf);
 425         Frame f = new Frame();
 426         GLCapabilities glcaps = new GLCapabilities();
 427         GLCanvas glcanvas = new GLCanvas();
 428         glcanvas.addGLEventListener(main);
 429         f.add(glcanvas, BorderLayout.CENTER);
 430         f.pack();
 431         f.show();
 432         f.setSize(900, 900);
 433         f.doLayout();
 434
 435         glcanvas.addMouseListener(main);
 436         glcanvas.addMouseMotionListener(main);
 437         glcanvas.addMouseWheelListener(main);
 438         glcanvas.addKeyListener(main);
 439
 440         main.anneal(glcanvas);
 441     }
 442     public static int verts = 0;
 443     public void anneal(GLCanvas glcanvas) throws Exception {
 444         int verts = 0;
 445         while(true) {
 446             //Thread.sleep(10);
 447             for(int i=0; i<1; i++) {
 448                 glcanvas.repaint();
 449                 //tile.ts.get(Math.abs(random.nextInt()) % tile.ts.size()).e1().p1
 450                 for(Geom.T t : tile)
 451                     for(Geom.V p : new Geom.V[] { t.p1(), t.p2(), t.p3() }) {
 452                         rand(10,p);
 453                     }
 454                 goal.rescore();
 455                 tile.rescore();
 456             }
 457             breakit();
 458        }
 459
 460     }
 461
 462 }